長慶油田井下作業關鍵環保技術及應用*

江智強 王尚衛 羅有剛 趙鵬玉 陳曉麗

(1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室)

0 引 言

長慶油田地處鄂爾多斯盆地，生態環境脆弱，涉及水源保護等環境敏感區域多。近年來，隨著油田進入5 000萬t穩產期，作為油井正常生產維護的重要手段，井下作業工作量逐年增加。施工作業過程中常產生大量返排液和含油污泥，若不及時有效處理，會對周圍環境造成很大的危害[1-2]。井下作業過程中的環保問題已成為油田環保管控的重點。

為進一步提升油田井下作業清潔生產水平，根據長慶油田井下作業特點，通過對作業關鍵環節污染物產生原因進行深入分析，以問題為導向，在井下作業關鍵工序中融入環保技術，形成了一整套井下環保作業技術模式，并逐步推廣應用，有效地抑制了井下作業過程中井液滴落產生的含油污泥，減輕了環保壓力，助推了油田井下作業清潔生產。

1 井下作業過程中面臨的環保問題

長慶油田面積大、區域廣，各區域面臨的結蠟、結垢、出砂等工況特征各不相同，絕大多數井需進行壓裂等增產措施。井下作業施工工藝復雜多樣，面臨的環保問題各不相同。通過分析梳理，井下作業一般包括起原井采油管柱、井筒處理(通洗井沖砂除垢等)、壓裂作業和下采油管柱完井等工序[3]，各工序存在的環保隱患主要表現在4個方面。

1)起原井采油管柱。一是原井采油管柱表面附著大量原油，結蠟和結垢，起管柱作業過程中，從井口噴出的原油和污水落地產生含油污泥；二是油管桿和油管起出后需通過鍋爐車進行地面高溫蒸汽刺洗，雖利用地面防滲布進行廢液收集，但廢液回收難度大，且防滲布易造成二次污染。

2)井筒處理。長慶油田主要采用常規油管進行沖砂、洗井及鉆磨等井筒處理作業，作業過程中接單根易發生溢流，造成管內污油、污水落地，產生含油污泥。

3)壓裂作業。長慶油田絕大多數井需進行壓裂等增產措施作業，壓裂后地層能量充足，放噴時間長，上提管柱時管內返排液溢流滴落，造成污油、污水落地，產生含油污泥。

4)下采油管柱完井。部分高氣油比井、油水井泄壓困難，下采油管柱井口溢流大，易造成污油、污水落地，產生含油污泥。

2 井下作業關鍵環保技術

2.1 采油管柱密閉清洗技術

原井采油管柱清洗是井下作業主要油污產生環節。針對采油管柱的蠟垢特點，設計了以井筒內“帶壓射流清洗+化學熱洗”相結合的采油管柱密閉清洗技術，具體包括抽油桿清洗和油管清洗。

1)抽油桿清洗。起抽油桿作業時，利用多功能密閉清洗設備清洗系統提供的壓力1～4 MPa、溫度80～100℃的帶壓熱水，配套專用清洗井口建立密閉循環清洗回收通道。通過帶壓熱水射流產生的強大沖擊力剝離抽油桿表面的蠟垢，產生的油污通過多功能密閉清洗設備負壓實時回收，形成射流清洗與負壓回收閉環工藝。

2)油管清洗。打開泄油器，利用多功能密閉清洗設備提供的壓力2～6 MPa、溫度80～100℃的環保型化學清洗液，推動清洗器高速旋轉下行，清除管體內壁蠟垢，并溶于環保型化學清洗液中。少許外壁結蠟在高溫條件下融化掉落至井筒，實現在井筒內密閉清洗采油管柱，清洗液實時負壓回收或進入井筒溶于環保型化學清洗液，有效防止了污油落地造成的污染。

采油管柱密閉清洗技術示意見圖1。

圖1 采油管柱密閉清洗技術示意

2.2 油管連續循環密閉洗井技術

油管連續循環密閉洗井技術是在傳統油管洗井工藝中配套連續循環密閉洗井裝置[4-5]和簡易沉砂除油處理撬裝設備，如圖2所示。沖砂洗井或鉆磨除垢作業時，首先利用動力液壓力使連續循環密閉洗井裝置的自封膠芯外表面與內表面處于液壓自平衡狀態，實現機械與液壓雙補償自封。接單根作業時，換向短節與油管相連，當下完一根油管換下一根油管時，吊卡卡住換向短節接頭，此時在換向井口中的膠筒推動作用下，換向短節上的滑套打開，清水從換向井口接頭注入。換好下一根油管后，下放換向短節，換向短節上的滑套通過換向井口中的膠芯，在彈簧彈力的作用下回到原位，關閉旁通。該井口配合換向短節可不停泵接單根，井口液體自動換向。返排液進入簡易沉砂除油處理撬裝設備的沉砂室進行旋流出砂、氣浮除油，原油從出口管線回注進入生產干線，分離后的液體進入儲液室回用。整個作業過程不停泵，連續、密閉，井口膠芯密封可靠，可有效阻止沖砂洗井及鉆磨除垢作業時液體溢流造成落地污染。

圖2 油管連續密閉洗井技術示意

2.3 分段壓裂上提油管防噴技術

圖3 水平井分段壓裂上提油管防噴技術管柱

長慶油田是典型的“三低”油藏，絕大多數井需進行壓裂增產措施，主要采用“水平井+分段壓裂”方式。但分段壓裂壓后防噴時間長，上提管柱時液體易發生溢流，造成污油、污水落地，產生含油污泥。為此，優化設計了分段壓裂上提油管防噴技術，如圖3所示。①主要采用不壓井裝置，在地面安裝雙閘板防噴器和環形防噴器，實現密封環空壓力；②在壓裂管柱上部安裝可多次激活的壓控循環開關閥[6]。上提壓裂管柱時，通過壓裂液反循環，在壓差作用下，中心管上行關閉活門，阻斷管內溢流，使上提管柱時管內無液體流出，起到管內防噴作用；壓裂時，中心管下行推開活門，可正常實施壓裂施工。壓控循環開關閥關閉或開啟活門的壓差為2.0 MPa，施工排量為0.6～2.0 m3/min。實現壓后不放噴上提油管柱連續作業，可有效阻止分段壓裂作業時液體溢流造成落地污染。

2.4 液壓式防噴泄油器

長慶油田絕大多數井初期地層能量充足，采油管柱一般配套有防噴泄油器。但傳統的撞擊式防噴泄油器由于井筒結蠟結垢的影響無法打開，后期采油管柱無法泄油造成環境污染。為此，設計了液壓式防噴泄油器。液壓式防噴泄油器提前安裝于采油管柱泵筒與固定球座之間，起鉆作業時，通過油管打壓的方式開起泄油孔道，防止油管內的污油被帶到地面污染環境；下鉆作業時，利用泄油器防噴功能，減少作業過程中冒噴對環境和施工進度的影響。

2.5 帶壓作業技術

針對少量高壓油水井溢流污染問題，通過配套改進帶壓作業裝置，研制系列油管堵塞器，形成油管內堵塞工藝技術，實現了井口壓力小于21 MPa油水井管柱的帶壓起下。

3 現場應用

自2017年以來，長慶油田根據采油井井況特點和施工目的，分別開展采油管柱密閉清洗技術、油管連續循環密閉洗井技術、分段壓裂上提油管防噴技術、液壓式防噴泄油器和帶壓作業等井下作業環保技術，現場推廣應用150余井次，與常規井下作業相比，單井平均減少廢液28.2 m3，減少含油污泥0.2 t，作業過程返排液不落地，基本實現作業過程零污染。

以典型試驗井西平某水平井為例。該井位于某環境敏感區，為低液量水平井，井深3 521 m，水平段長1 258 m，措施前日產液6.25 m3，含水67.3%，需進行重復壓裂改造，以提高單井產量。按照施工設計要求，該井主要包括起原井采油管柱-井筒處理(沖砂除垢等)-對第三段、四段、五段及七段進行重復壓裂-下采油管柱完井等作業工序。

2018年4月6日開始進行施工作業。①起原井采油管柱。起采油管柱作業過程中，通過多功能密閉清洗設備提供壓力2～4 MPa、溫度80～100℃的環保型洗井液，配套專用清洗井口和內壁清洗器產生的強大沖擊力，在井筒內對油管桿密閉清洗。②井筒處理。下工具油管至3 125 m遇阻，連接清水罐-水泥車-連續循環密閉洗井裝置-簡易沉砂除油處理撬裝設備形成閉環回路，對井筒進行鉆磨除垢處理。作業累計備水量65.0 m3，循環使用剩余返排液12.8 m3，經處理后存于清水罐用于壓裂作業。③重復壓裂。考慮為雙封單卡分段壓裂，且單段壓裂規模大，壓后防噴時間長，決定在壓裂管柱上部安裝壓控循環開關閥，在地面安裝雙閘板防噴器和環形防噴器，實現壓后不放噴上提壓裂管柱進行下一段作業。④下采油管柱完井。在采油管柱泵筒和固定閥之間安裝液壓式防噴泄油器，減少下鉆作業過程中產生冒噴。整個作業過程作業介質及返排液實時回收處理，不產生含油污泥，實現了清潔作業。

4 結論與建議

1)油田井下環保作業是一項系統工程，貫穿于原井采油管柱清洗、井筒處理、壓裂作業和下采油管柱完井等關鍵管控環節，應將環保作業理念和技術融入井下施工作業中，實現作業工藝與環保技術的有機結合。

2)采油管柱井筒密閉清洗技術實現了油管桿井筒清蠟除垢；油管連續循環密閉洗井技術防止了接單根溢流，解決了返排液沉砂除油；分段壓裂上提油管防噴技術解決了水平井拖動壓裂放噴時間長，起管柱溢流；液壓式防噴泄油器預置于采油管柱上，滿足了采油管柱上提泄油、下鉆防噴雙功能，提高了泄油器打開幾率；帶壓作業技術實現高壓等特殊油水井安全、清潔作業。整套井下作業環保技術實現了作業過程中液體密閉回收處理，杜絕了含油污泥的產生，有效地抑制了井下作業過程中的環境污染，為油田井下作業提供了全面環保技術保障。

3)未來環保作業技術既要保障污油污水的有效收集處理，又要滿足高效率、低成本的施工需求。因此，實現油田效益開發和生態環境平衡發展，實現井下作業科學和綠色生產，是今后技術發展的重要方向。